Введение к работе
Актуальность темы исследования. Ежегодно в мире увеличивается потребность в этилене и пропилене, являющихся базовым сырьем для процессов нефтехимического синтеза. Так, динамика мощностей показывает постоянный рост производства этилена (с 48 млн т в 1985 г. до 150 млн в 2012 г.). По оценке экспертов, к 2015 г. производительность установок увеличится до уровня свыше 160 млн т в год.
Пропилен на нефтеперерабатывающих заводах получают в качестве побочного продукта процесса каталитического крекинга и совместно с этиленом в ходе пиролиза бензиновых фракций, газойля и сжиженных газов. Динамика производства пропилена выглядит следующим образом: 2001 г. – 51,5 млн т/год, 2011 г. – 90 млн т/год. Так как пропилен получается вместе с этиленом, масштабы и региональная структура производства пропилена оказывают влияние на выбор сырья для установок. Установки пиролиза, работающие на углеводородных газах (этан и пропан), не удовлетворяют спрос на пропилен, который постоянно растет. Для этого требуется использование более тяжелого сырья (бензины, газойль), применение технологии дегидрирования пропана, либо увеличение производства пропилена на нефтеперерабатывающих заводах.
Несмотря на активное использование легких углеводородов в качестве сырья пиролиза, применение бензиновых фракций все еще занимает лидирующее положение, как в России, так и других странах мира.
В настоящее время в промышленности широко распространен пиролиз в трубчатых печах. Хотя и реализуются пути совершенствования данного процесса, включая изменение конструкции змеевика печи, в целом возможности его ограничены. Расширение исходной сырьевой базы с возможным сокращением удельного расхода сырья, а также всех теплоэнергетических и материальных затрат требует разработки новых модификаций процесса пиролиза, в частности с применением катализаторов.
В связи с этим разработка процесса каталитического пиролиза, позволяющего увеличить выходы низкомолекулярных алкенов, в частности пропилена, при снижении эксплуатационных затрат на их получение является актуальной задачей.
Цель работы: разработка технологии пиролиза в присутствии активных, селективных и стабильных пентасилсодежащих катализаторов, определение технологических параметров их работы и особенности технологии процесса каталитического пиролиза бензиновых фракций с целью получения значительных выходов низкомолекулярных алкенов.
Основные задачи исследования:
подбор основных технологических параметров при термическом пиролизе бензиновых фракций с целью получения максимальных выходов НУ;
подбор марки цеолита семейства пентасила и его концентрации
в катализаторе для получения максимальных выходов НУ в процессе пиролиза бензиновых фракций;
определение влияния различных модификаторов на активность и селективность пентасилсодержащих катализаторов в процессе пиролиза бензиновых фракций с целью получения высоких выходов НУ при пониженном процессе коксообразования;
определение активности и стабильности полученного в ходе исследований наиболее эффективного катализатора процесса пиролиза бензиновой фракции;
определение технологических параметров процесса каталитического пиролиза на разработанном катализаторе;
разработка принципиальной блок-схемы переработки бензиновой фракции с целью получения сырья для нефтехимического синтеза;
разработка технологической схемы процесса каталитического пиролиза на базе действующих установок с модернизацией реакторного блока.
Научная новизна:
выявлена эффективность катализаторов на основе цеолитов семейства пентасила ЦВН и НЦВМ в процессе пиролиза бензиновых фракций;
разработан состав катализатора для проведения процесса пиролиза бензиновых фракций с получением значительных количеств НУ, включающий в себя цеолит ЦВН, модифицированный фторидом стронция;
разработана технология пиролиза бензиновых фракций с использованием катализатора на основе цеолита ЦВН, модифицированного фторидом стронция, в присутствии которого образуются значительное количество НУ.
Практическая значимость. Разработан активный, селективный и стабильный катализатор процесса пиролиза на основе цеолита ЦВН, модифицированного фторидом стронция. Использование технологии приготовления разработанного катализатора, а именно метод смешения, позволит уменьшить затраты на производство катализатора и, как следствие, стоимость катализатора. Определены технологические параметры работы полученного катализатора в двух режимах: этиленовый (температура процесса 800 С) и пропиленовый (температура процесса 700 С)
Осуществление процесса каталитического пиролиза на пентасилсодержащем катализаторе ЦВН, модифицированном фторидом стронция, позволит получать высокие выходы целевых углеводородов (этилен – до 32,2 % мас. и пропилен – до 26,2 % мас.) при более низких температурных режимах, что позволит уменьшить эксплуатационные затраты по сравнению с классическим процессом термического пиролиза.
Осуществление процесса каталитического пиролиза при пропиленовом режиме в присутствии разработанного катализатора позволит частично компенсировать дефицит пропилена на мировом рынке, потребность в котором из года в год возрастает.
Предложена технологическая схема переработки широкой бензиновой фракции, включающая блоки предварительной деароматизации и каталитического пиролиза в присутствии пентасилсодержащего катализатора, модифицированного фторидом стронция, для получения сырья процессов нефтехимического синтеза.
Положения, выносимые на защиту:
1. Использование катализаторов на основе цеолитов семейства пентасила типа ЦВН и НЦВМ в качестве катализаторов процесса пиролиза.
2. Модификация цеолитсодержащих катализаторов металлами II группы главной подгруппы периодической системы Д.И. Менделеева с целью увеличения выходов НУ.
3. Использование катализатора на основе цеолита ЦВН, модифицированного фторидом стронция, в качестве активного, селективного и стабильного катализатора процесса пиролиза.
4. Технологическая схема переработки широкой бензиновой фракции для получения сырья процессов нефтехимического синтеза в присутствии пентасилсодержащего катализатора, модифицированного фторидом стронция.
Реализация работы. На газоперерабатывающем заводе ООО «Газпром добыча Астрахань» приняты к внедрению основные положения и выводы кандидатской диссертационной работы в части применения катализаторов пиролиза.
Основные положения и выводы диссертации используются в ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» при чтении лекций и выполнении лабораторных работ по дисциплине «Технология нефтехимического синтеза» и подготовке курсовых и дипломных проектов по направлениям бакалавриата 240100.62 «Химическая технология», магистратуры 240100.68 «Химическая технология», специальности 240403.65 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международной научно-практической конференции молодых специалистов и ученых «Применение новых технологий в газовой отрасли: опыт и преемственность» (ООО «Газпром ВНИИгаз», г. Москва, 2008 г.); Молодежной научно-технической конференции с международным участием «Инновационные решения для нефтегазовой отрасли (Опыт и перспективы)», посвященной 35-летию института «ВолгоУралНИПИгаз» (ООО «ВолгоУралНИПИгаз», г. Оренбург, 2012 г.); IV научно-практической молодежной конференции «Применение новых технологий в газовой отрасли: опыт и преемственность» (ООО «Газпром ВНИИгаз», г. Москва, 2012 г.); международных научно-практических конференциях «Нефтегазопереработка» (ГУП ИНХП РБ, г. Уфа, 2009–2012 гг.); II конференции молодых специалистов и работников «Инновационные решения молодых в освоении Астраханского газоконденсатного месторождения» (ООО «Газпром добыча Астрахань», г. Астрахань, 2008 г.); I научно-технической конференции молодых работников Астраханского газоперерабатывающего завода «Вклад молодых в освоение Астраханского газоконденсатного месторождения» (ООО «Газпром добыча Астрахань», г. Астрахань, 2009 г.); III Открытой научно-практической конференции молодых работников и специалистов «Газпром. Наука. Молодежь» (ООО «Газпром добыча Астрахань», г. Астрахань, 2009 г.); IV Открытой научно-технической конференции молодых специалистов и работников «Энергия молодёжи – ресурс развития нефтегазовой отрасли» (ООО «Газпром добыча Астрахань», г. Астрахань, 2011 г.); V Открытой научно-технической конференции молодых специалистов и работников «Инновации молодёжи – потенциал развития нефтегазовой отрасли» (ООО «Газпром добыча Астрахань», г. Астрахань, 2013 г.); Международной молодежной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу – творчество молодых» (Марийский государственный технический университет, г. Йошкар-Ола, 2010 г.);
52–55 всероссийских научных конференций профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета
(г. Астрахань, 2008–2011 гг.).
Публикации. Основные результаты выполненных исследований опубликованы в 25 работах, из них 3 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК, и 19 тезисов докладов на всероссийских и международных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы, состоящего из 142 наименований, приложений. Работа изложена на 151 странице и содержит 43 таблицы и 64 рисунка.
Изложенный материал и полученные результаты полностью соответствуют паспорту специальности 05.17.07 «Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ».
